Припой для пайки: классификация, свойства, критерии выбора

Электрическое соединение радиоэлементов производится посредством пайки, которая  позволяет отремонтировать многие бытовые приборы и устройства. В некоторых ситуациях пайка соединяет те элементы, которые нельзя соединить даже сваркой. Современные технологии и приспособления для пайки позволяют охватывать достаточно широкий диапазон материалов. Но удовлетворить всем условиям работы одна соединительная среда не может, поэтому на практике применяются различные припои для пайки.

Что такое припой?

Припой представляет собой смесь легкоплавких металлов, которые способны обеспечить хороший контакт между двумя поверхностями, получаемый в результате пайки. При нагревании припой переходит из твердого в жидкое состояние, которое обеспечивает растекание по периметру припаиваемой детали или в месте их контакта. При этом происходит фиксация на молекулярном уровне за счет высокой степени адгезии.

По составу припои могут включать самые различные компоненты, предоставляющие им необходимые эксплуатационные свойства. Однако преимущественное большинство состоит из смеси свинца и олова, первый из которых обеспечивает твердость и тугоплавкость, а второй легкость и снижает температуру плавления. Также в составе могут быть и другие компоненты: серебро, никель, цинк, медь, кобольд, висмут, сурьма и другие.

Из-за многокомпонентности состава процесс расплавления также проходит несколько этапов: сначала разрежаются наиболее легкоплавкие составляющие, тугоплавкие в этот момент остаются в виде кристаллов. Затем плавятся и  они, смесь становится однородной и обеспечивает максимальное заполнение и контакт. Однако вместе с припоем используются флюсы, обеспечивающие лучшее заполнение и защиту от окисления.

Классификация

Все критерии классификации припоев представляют собой довольно обширную сферу, которая под силу, пожалуй, лишь узкопрофильным  специалистам. Поэтому для упрощения подборки конкретные марки ее изготавливают для конкретных целей – паять алюминий, ювелирные изделия, медную проволоку, радиокомпоненты и т.д. Главное, на что вам следует обратить внимание – это температурный параметр. Так как, к примеру, пайку микросхемы нельзя выполнять той же маркой ПОС, что и соединение жил кабеля, так как чувствительный компонент может сгореть и выйти со строя.

Припои для пайки классифицируются по следующим критериям:

• по способу подачи флюса – безфлюсовые и самофлюсующиеся, для первых флюс подается отдельно, вторые содержат его в своем составе;

Рис. 1. Самофлюсующиеся и с подачей флюса

• по основному паяльному элементу – оловянные припои, никелевые, кобальтовые, марганцевые, титановые, серебряные, циркониевые, ванадиевые, смешанные и т.д.
• по способу получения – бывают готовые или формируемые непосредственно во время пайки;
• по растворимости компонентов – встречаются полностью расплавляемые и частично;
• по форме выпуска – оловянная проволока, пруток, чушки, лист, гранулы, паста;

Форма выпуска припоя

• по температуре плавления – существуют те, которые переходят в жидкое состояние при низкой и при высокой температуре.

При выборе оловянно-свинцового припоя наиболее важным критерием является последний, поэтому на нем мы и остановимся более детально.

Легкоплавкие (мягкие).

К легкоплавким припоям относятся такие составы, которые переходят в жидкое состояние при температуре от 145 до 400°С. Но, при этом они обеспечивают относительно небольшую прочность, для легкоплавких сплавов сопротивление на разрыв составляет не более 7кг/мм². Наиболее распространенные – оловянно-свинцовые.  Чаще всего мягкие припои используются в радиоэлектронике для печатных плат или деталей.

Тугоплавкие (твердые).

Твердые припои обладают значительно большей механической прочностью, но их температура плавления составляет более 400°С, что является неприемлемым для большинства радиодеталей, так как они могут пострадать даже от касания разогретым жалом паяльника. Двумя наиболее крупными группами в этой категории являются медные и серебряные составы. Медные сплавы, как правило, соединяются с цинком, но они слишком хрупкие, поэтому подходят для твердых сплавов, испытывающих только статическую нагрузку. Серебряные припои являются универсальными и могут использоваться для пайки любых точек соединения, однако стоимость этих марок также довольно высокая.

Паяльные пасты.

Паяльные пасты также представляют собой компонент для пайки радиодеталей, но применяются они для мелких элементов из легкоплавкого металла. Состав пасты содержит измельченные кусочки припоя в растворе жидкого  флюса. Их используют в тех платах или устройствах, где воздействие высокой температуры может нанести вред оборудованию. Пасты, как правило, паяются феном без электрического паяльника, или могут просто наноситься в качестве проводящего клеевого состава.

Нанесение смеси для пайки в точку крепления выводов наносится порционно и может выполняться при помощи специального трафарета, шприца или каплеструйным картриджем.

Рис 3. Нанесение паяльной пасты принтером, шприцом, трафаретом

Однако применение пасты для пайки обуславливает целый ряд требований, которые должны соблюдаться:

• перед началом вскрытия емкости обязательно выдерживается в комнатной температуре хотя бы 2 часа, использовать средства принудительного нагрева припоя для этого запрещено;
• после вскрытия смесь обязательно перемешивается до получения однородного вещества, так как в ходе хранения флюс может отделяться от припоя;

Рис. 4. Размешивается до однородной смеси

• перед нанесением поверхность должна очищаться от возможных примесей и загрязнителей, при длительной пайке процедура повторяется каждые 45 минут;
• монтаж электронных компонентов в нанесенную пасту должен производиться за 60 минут, иначе она начнет утрачивать свойства;
•  после пайки остатки и излишки пасты отмывают, существуют те, которые отмываются обычной водой, другим требуется растворитель, некоторые могут не смываться.

Крайне негативно на функциональных характеристиках такого припоя сказывается помещение в среду с высокой или низкой температурой, а также воздействие влаги.

Бессвинцовые припои.

Изначально, причиной создания припоя без содержания свинца была потребность исключить вредное влияние на окружающую среду и человеческий организм. Такие припои массово используются для пайки алюминия или стали в пищевой промышленности, для труб подачи питьевой воды, лабораторного оборудования и инструментов.

Всего выделяют три наиболее распространенные группы бессвинцовых припоев:

• олово с медью – применяется для высокотемпературной пайки, относится к тугоплавким припоям, хорошо подходит для работы по медным изделиям;
• олово с серебром – подходят для низкотемпературной пайки, обеспечивают лучший контакт, чем у свинцовых припоев, но они имеют высокую цену.
• олово и с медью, и с серебром – также является мягким вариантом, который обладает меньшей стоимостью, чем предыдущий, и практически ничем не уступает ему в качестве соединений.
• олово с висмутом и серебром – может применяться для пайки меди при низких температурах;
• олово с цинком и висмутом – более дешевый вариант предыдущего, но имеет ряд сложностей в применении.

Основные свойства припоев

При выборе конкретной марки припоя для пайки медных проводов или алюминиевых сплавов необходимо руководствоваться их техническими характеристиками.

Однако для всех составов можно выделить перечень основных свойств:

• смачиваемость – показывает, насколько хорошо припой обволакивает и прилипает к паяемым деталям;
• прочность – определяет способность выносить механические усилия и нагрузки, для этот в состав могут добавлять бор, железо, никель цинк или кобальт;
• пластичность – способность к деформации, достигается за счет присадок из марганца, висмута, лития и т.д.;
• устойчивость к высоким температурам – важна для пайки твердыми сплавами, которые находятся в котельных, печах, трубопроводах, нагревательных приборах, свойство достигается путем добавления вольфрама,  циркония, ванадия, гафния, ниобия и т.д.
• устойчивость к коррозионному разрушению – повышается путем легирования медью или никелем.

Критерии выбора

Выбирая какой-либо состав для лужения медных деталей или пайки проводов важно учитывать ряд факторов, который повлияет и на качество работы, и на полученный результат.

Среди таких критериев, в первую очередь, обращают внимание на:

• типы соединяемых элементов, из какого материала изготовлены, их толщина и параметры соединяемых поверхностей;
• способ пайки, для которого подбирается припой – медным жалом классического паяльника, феном, паяльной станцией и т.д.;
• допустимый температурный режим – температура  плавления припоя должна быть меньше температуры плавления соединяемых элементов;
• наличие механического воздействия – определяется статическая или динамическая, возможно, вибрационная;
• устойчивость к агрессивной среде – для преждевременного разрушения припоя его тип должен предусматривать устойчивость к влаге, температуре, газам, пыли и прочим факторам, воздействующим на него в процессе эксплуатации.

Самые используемые марки

Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило,  в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.

Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:

• ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
• ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
• ПОС-30 – в  кабельных соединениях;
• ПОС-61 – для работы с радиодеталями.

Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.

Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.

Рис. 5. Сплав Розе

Видео в развитие темы

Литература.

При написании статьи использовалась следующая техническая литература:

• ГОСТ 17325-79. ПАЙКА И ЛУЖЕНИЕ. Основные термины и определения.
• ГОСТ 21930-76. Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия.
• Гуляев А. П. Металловедение. М.: «Металлургия» 1986 г. 544 с.

Пайка для начинающих / Хабр

Мои отношения с радио- и микроэлектроникой можно описать прекрасным анекдотом про Льва Толстого, который любил играть на балалайке, но не умел. Порой пишет очередную главу Войны и Мира, а сам думает «тренди-бренди тренди-бренди…». После курсов электротехники и микроэлектроники в любимом МАИ, плюс бесконечные объяснения брата, которые я забываю практически сразу, в принципе, удается собирать несложные схемы и даже придумывать свои, благо сейчас, если неохота возиться с аналоговыми сигналами, усилениями, наводками и т.д. можно подыскать готовую микро-сборку и остаться в более-менее понятном мире цифровой микроэлектроники.

К делу. Сегодня речь пойдет о пайке. Знаю, что многих новичков, желающих поиграться с микроконтроллерами, это отпугивает. Но, во-первых, можно воспользоваться макетными платами, где просто втыкаешь детали в панель, без даже намека на пайку, как в конструкторе.

Так можно собрать весьма кучерявое устройство.

Но иногда хочется таки сделать законченное устройство. Опять-таки, не обязательно «травить» плату. Если деталей немного, то можно использовать монтажную плату без дорожек (я использовал такую для загрузчика GMC-4).

Но вот паять таки придется. Вопрос как? Особенно, если вы этого никогда раньше не делали. Я, возможно, открою Америку, но буквально несколько дней назад я сам для себя открыл волшебный мир пайки без особого геморроя.

До сего времени мое понимание сути процесса ручной пайки было следующим. Берется паяльник (желательно с жалом не в форме шила, а с небольшим уплощением, типа лопаточки), припой и канифоль. Для запайки пятачка, ты берешь капельку припоя на паяльник, макаешь паяльник в канифоль, происходит «пшшшшш», и пока он идет, ты быстро-быстро касаешься паяльником места пайки (деталь, конечно, должна быть уже вставлена), и после нескольких мгновений разогрева припой должен каким-то волшебным образом переходить на место пайки.

Увы, у меня такой метод работал очень плохо, практически не работал. Детали нагревались, но припой никуда с паяльника не переходил. Очевидно, что проблема была в катализаторе, то есть канифоли. Того «пшшшшш», что я делал, опуская конец паяльник в канифоль, явно не хватало, чтобы «запустить» процесс пайки. Пока ты тащишь паяльник к месту пайки, вся почти канифоль успевает сгореть. Именно поэтому, кстати, мне была совершенно непонятна природа припоя, внутри которого уже содержится флюс (какой-то вид катализатора, типа канифоли). Все равно, в момент набирания припоя на паяльник весь флюс успевает сгореть.

Экспериментальным путем я нашел несколько путей улучшить процесс:

• Лудить места пайки заранее. Реально, при пайке деликатных вещей, типа
  микросхем это крайне непрактично. Тем более, обычно, их ножки уже
  луженые.
• Крошить канифоль прямо на место пайки. Аккуратно кладешь кристаллик канифоли прямо на место пайки, и тогда «пшшшшш» происходит прямо там, что позволяет припою нормально переходить с паяльника. Увы, после такой пайки плата вся обгажена черными заплесами горелой канифоли. Хотя она и изолятор, но порой не видно дефектов пайки.Поэтому плату надо мыть, а это отдельный геморрой. Да и само выкрашивание делает пайку крайне медленной. Так я паял Maximite.
• Использовать жидкой флюс. По аналогии с выкрашиваем канифоли, можно аккуратно палочкой класть капельку жидкого флюса (обычно, он гораздо «сильнее» канифоли), и тогда будет активный «пшшшшш», и пайка произойдет. Увы, тут тоже есть проблемы. Не все жидкие флюсы являются изоляторами, и плату тоже надо мыть, например, ацетоном. А те, что являются изоляторами все равно остаются на плате, растекаются и могут мешать последующей внешней «прозвонке». Выход — мыть.

Итак, мы почти уже у цели. Я так подробно все пишу, так как, честно, для меня это было прорыв. Как я случайно открыл, все, что нужно для пайки несложных компонент — это паяльник, самый обычный с жалом в виде шила:

и припой c флюсом внутри:

ВСЕ!

Все дело в процессе. Делать надо так:

• Деталь вставляется в плату и должна быть закреплена (у вас не будет второй руки, чтобы держать).
• В одну руку берется паяльник, в другую — проволочка припоя (удобно, если он в специальном диспенсере, как на картинке).
• Припой на паяльник брать НЕ НАДО.
• Касаетесь кончиком паяльника места пайки и греете его. Обычно, это секунды 3-4.
• Затем, не убирая паяльника, второй рукой касаетесь кончиком проволочки припоя с флюсом места пайки. В реальности, в этом месте соприкасаются сразу все три части: элемент пайки и его отверстие на плате, паяльник и припой. Через секунду происходит «пшшшшш», кончик проволочки припоя плавится (и из него вытекает немного флюса) и необходимое его количество переходит на место пайки. После секунды можно убирать паяльник с припоем и подуть.

Ключевой момент тут, как вы уже поняли, это подача припоя и флюса прямо на место пайки. А «встроенный» в припой флюс дает его необходимое минимальное количество, сводя засирание платы к минимуму.

Ясное дело, что время ожидания на каждой фазе требует хотя бы минимальной практики, но не более того. Уверен, что любой новичок по такой методике сам запаяет Maximite за час.

Напомню основные признаки хорошей пайки:

• Много припоя еще не значит качественного контакта. Капелька припоя на месте контакта должна закрывать его со всех сторон, не имея рытвин, но не быть чрезмерно огромной бульбой.
• По цвету пайка должна быть ближе к блестящей, а не к матовой.
• Если плата двухсторонняя, и отверстия неметаллизированные, надо пропаять по указанной технологии с обоих сторон.

Стоит заметить, что все выше сказанное относится к пайке элементов, которые вставляются в отверстия на плате. Для пайки планарных деталей процесс немного более сложен, но реален. Планарные элементы занимают меньше места, но требуют более точного расположения «пятачков» для них.

Планарные элементы (конечно, не самые маленькие) даже проще для пайки в некотором роде, хотя для самодельных устройств уже придется травить плату, так как на макетной плате особого удобства от использования планарных элементов не будет.

Итак, небольшой, почти теоретический бонус про пайку планарных элементов. Это могут быть микросхемы, транзисторы, резисторы, емкости и т.д. Повторюсь, в домашних условиях есть объективные ограничения на размер элементов, которых можно запаять обычным паяльником. Ниже я приведу список того, что лично я паял обычным паяльником-шилом на 220В.

Для пайки планарного элемента уже не получится использовать припой на ходу, так как его может «сойти» слишком много, «залив» сразу несколько ножек. Поэтому надо предварительно в некотором роде залудить пятачки, куда планируется поставить компонент. Тут, увы, уже не обойтись без жидкого флюса (по крайне мене у меня не получилось).

Фаза 1

Капаете немного жидкого флюса на пятачек (или пятачки), берете на паяльник совсем немного припоя (можно без флюса). Для планарных элементов припоя вообще надо очень мало. Затем легонько касаетесь концом паяльника каждого пятачка. На него должно сойти немного припоя. Больше чем надо, каждый пятачек «не возьмет».

Фаза 2

Берете элемент пинцетом. Во-первых, так удобнее, во-вторых пинцет будет отводить тепло, что очень важно для планарных элементов. Пристраиваете элемент на место пайки, держа его пинцетом. Если это микросхема, то надо держать за ту ножку, которую паяете. Для микросхем теплоотвод особенно важен, поэтому можно использовать два пинцета. Одним держишь деталь, а второй прикрепляешь к паяемой ножке (есть такие пинцеты с зажимом, которые не надо держать руками). Второй рукой снова наносишь каплю жидкого флюса на место пайки (возможно немного попадет на микросхему), этой же рукой берешь паяльник и на секунду касаешься места пайки. Так как припой и флюс там уже есть, то паяемая ножка «погрузится» в припой, нанесенный на стадии лужения. Далее процедура повторяется для всех ног. Если надо, можно подкапывать жидкого флюса.

Когда будете покупать жидкий флюс, купите и жидкость для мытья плат. Увы, при жидком флюсе лучше плату помыть после пайки.

Сразу скажу, я ни разу не профессионал, и даже не продвинутый любитель в пайке. Все это я проделывал обычным паяльником. Профи имеют свои методы и оборудование.

Конечно, пайка планарного элемента требует куда большей сноровки. Но все равно вполне реально в домашних условиях. А если не паять микросхемы, а только простейшие элементы, то все еще упрощается. Микросхемы можно покупать уже впаянные в колодки или в виде готовых сборок.

Вот картинки того, что я лично успешно паял после небольшой тренировки.

Это самый простой вид корпусов. Такие можно ставить в колодки, которые по сложности пайки такие же. Эти элементарно паяются по первой инструкции.

Следующие два уже сложнее. Тут уже надо паять по второй инструкции с аккуратным теплоотводом и жидким флюсом.

Элементарные планарные компоненты, типа резисторов ниже, весьма просто паяются:

Но есть, конечно, предел. Вот это добро уже за пределами моих способностей.

Под занавес, пару дешевых, но очень полезных вещей, которые стоит купить в дополнение к паяльнику, припою, пинцету и кусачкам:

• Отсос. Изобретателю этого устройства стоит поставить памятник. Налепили много припоя или запаяли не туда? Сам припой, увы, обратно на паяльник не запрыгнет. А вот отсосом убирается элементарно. Одной рукой разогреваете паяльником место «отпайки». Второй держите рядом взведенный отсос. Как «оттает», нажимаете на кнопку, и припой прекрасным образом спрыгивает в отсос.

• Очки. Когда имеешь дело с ножками и проводами, может случиться, что разогретая ножка отпружинит, и припой с нее куда-то полетит, возможно, в глаз. С этим лучше не шутить.

Успехов в пайке! Запах канифоли — это круто!90000 What Is Soldering and How Do You Use Solder Tools? 90001 90002 90003 90004 90003 Programming 90004 90003 Electronics 90004 90003 What Is Soldering and How Do You Use Solder Tools? 90004 90011 90012 By Roger Arrick, Nancy Stevenson 90013 90012 90015 Soldering 90016 (pronounced “soddering”) involves a material called 90015 solder 90016 that melts when placed on a hot object; the melted solder cools and forms a bond between two items. Your most basic soldering tool is a soldering iron with a soldering station.90013 90012 A 90015 soldering station 90016 holds your hot soldering iron and keeps your solder and tip cleaner organized. Purchase a small 15- to 30-watt soldering iron made for electronics and a soldering station. Also buy thin .032-inch-diameter rosin-core solder. You can purchase these at your local Radio Shack and other places. 90013 90012 Do not use a big soldering iron and the big 1/4-inch, acid-core solder used for plumbing, which are typically found at home improvement stores. If you do, you might damage sensitive electronic components.Use rosin-core solder to form the bond in your projects. 90013 90012 Figure 1 shows the basic process of soldering. Figure 2 zooms in on the process. 90013 90012 90029 90030 Figure 1: 90031 Soldering requires the right tools and a little skill. 90029 90029 90030 Figure 2: 90031 Here’s soldering, close up. 90013 90037 How to solder 90038 90012 The best technique for soldering is simple, so repeat this mantra: Heat the metal, not the solder. For example, you heat the metal of a component pin and the metal of a circuit board pad simultaneously, and then you touch the tip of the rosin-core solder to the pad or the pin, but not to the iron.If you have sufficiently heated the two metals (the pad and the pin), they will heat the solder, which then flows quickly to both the pad and the component pin. See Figure 3 for an example of good and bad solder joints. 90013 90012 90029 90030 Figure 3: 90031 A bad solder joint (on the left) – and a good one (on the right). 90013 90012 It’s also important to know which piece to solder to which other pieces. For example, a 90015 pad 90016 is the little copper metallic doughnut around a circuit board hole that you can put a component pin through.A 90015 trace 90016 is one of the copper lines on the circuit board. You usually solder a component to a pad, not directly to a trace. 90013 90037 When you need to undo solder mistakes 90038 90012 If you do make a mistake with solder, you’ll be glad to know that you can undo a bad solder. One method is to just heat up the bad solder and then suck it away with a solder sucker, a desoldering pump you can purchase. 90013 90012 Another way to remove unwanted solder is to use 90015 copper braiding 90016.You put the braiding on top of the solder that you want to remove and heat it with your soldering iron. The copper braiding absorbs the unwanted solder. You then discard the used copper braiding. 90013 90037 Ten tips for successful soldering 90038 90012 Because soldering is an important skill, you’ll want to master the basic techniques quickly. Here are some essential tips to good soldering: 90013 90064 90003 Remember the old joke about knowing which end of the soldering iron to hold on to? Seriously, a soldering iron can burn you or cause a fire.Liquid solder can cause severe burns too, so always use caution when melting solder. 90004 90067 90064 90003 When you solder something, it will remain hot for many minutes. Always grab parts with pliers to avoid getting burned even after the soldering iron is removed. 90004 90067 90064 90003 Purchase the correct solder type and width, as well as the correct soldering iron and tip. Think small tip and thin solder. 90004 90067 90064 90003 Some soldering kits include training materials to help you master the art of soldering.Although people can tell you how to solder, good soldering requires hands-on experience. Take the time to solder a few cheap test components into a test prototype board to get your technique down before using your skills on somewhat more costly electronic parts. 90004 90067 90064 90003 If your solder looks like a clump of wadded-up aluminum foil, you’ve soldered it incorrectly. The solder should look smooth and shiny and must cling to both items (for example the component pin or wire and PCB pad) to make a good connection.90004 90067 90064 90003 Incorrect soldering (such as cold solder joints) can lead to all sorts of problems that can be hard to track down. 90004 90067 90064 90003 Be careful not to apply your soldering iron for long periods of time. Otherwise, you can damage sensitive components or burn up a circuit board trace. You should solder quickly so that your components or trace do not stay hot for too long. 90004 90067 90064 90003 You should always make a mechanical connection before making a solder connection.For example, check to make sure the component pin actually touches the wall of the pad hole before you solder it. This will ensure that your soldering goes quickly and smoothly and will help to keep a solder joint from “bridging” to the pin and separating. 90004 90067 90064 90003 You may want to flux before soldering to get a cleaner solder. 90015 Flux 90016 is a pasty, greasy, oily substance that helps to clean the metallic surfaces being soldered. It also helps you produce smooth solder joints that adhere well to pin and pad surfaces.90004 90067 90064 Rosin-core solder has flux conveniently within the solder, so fluxing is usually not necessary. However, for a dirty or older solder joint, where the flux may have dissipated, you may want to brush a little flux on to help you rework the old solder joints and make them clean and smooth again. You can purchase a small can of flux at just about any electronics store. 90067 90064 90003 Only experience will tell you if you have soldered correctly, so ask an experienced soldering friend to check your work.Doing so can save you hours of debugging time later. 90004 90067 90037 Keep your soldering tools clean 90038 90012 You should perform preventative maintenance and regular cleaning to prolong your soldering iron’s life. Do not let your soldering iron tip get dirty. While your soldering iron is hot, clean the tip often with a bit of tip cleaner and a moist sponge or paper towel. Remember: A dirty soldering iron will make terrible solder joints. 90013 90012 While your soldering iron is hot, you may want to 90015 tin 90016 the tip with solder to get it shiny and clean and to remove any dross or rosin.Tinning also helps prevent oxidation. To tin the tip, get your soldering iron hot and then coat the tip with solder. Your tip should look like chrome or silver. 90013 90012 Always unplug your soldering iron when you’re finished using it to help prevent oxidizing and burning up the tip. 90013 90012 90119 About the Book Author 90120 Roger Arrick is president and founder of Arrick Robotics, a maker of PC-based motion control systems for a variety of scientific applications.Robot building is his hobby and his passion. 90013 .90000 Ultimate Guide to Electronic Soldering 90001 90002 90003 90004 What is soldering? 90005 90006 90007 90004 Soldering is the joining of two metal surfaces mechanically and electrically, with the use of metal called solder (pronounced “sodder”). Solder secures the connection so it does not break loose from vibration, other mechanical forces and provides electrical continuity, so the electronic signal travels through the connection without interruption. The solder is melted using a soldering iron.Flux is used to clean and prep the surfaces, which allows the melted solder to flow (or “wet”) and bond with the metal surfaces. 90009 90005 90004 Hand soldering is the process of soldering one connection (called “solder joint”) at a time, compared to more automated soldering processes in wave soldering or reflow oven equipment. 90005 90004 90009 90005 90002 90003 What do I need to solder electronics? 90006 90007 90004 When soldering an electronic connector to a contact point (often called a “pad”), you generally need the following: 90005 90022 90023 A soldering iron capable of reaching the melting point of the solder 90024 90023 Wire solder, with or without a flux core 90024 90023 Flux if wire solder does not include a flux core or if the additional flux is needed 90024 90029 90002 90003 What is a soldering iron? 90006 90007 90004 A soldering iron is a hand tool used to solder two metal surfaces together.At its simplest form, it consists of a metal tip, a heating element that brings the tip up to soldering temperature, an insulated handle to allow safe holding of the soldering iron, and a plug for either a wall outlet or the soldering station. 90005 90004 The soldering tip’s job is to transfer heat from the heating element to the work. It has a copper interior, with is an effective and efficient thermal conductor, iron plating to protect the soft, corrosive-prone copper from flux and solder, and chrome-nickel plating to keep the flux from wetting up the tip.90005 90004 Beyond that, there are options that provide better control over the soldering iron temperature and heat response (time it takes to heat up again after soldering). Some soldering tips are metal slugs that rest against the heating element, and others are integrated with the heating element in a cartridge. 90009 90009 90009 90005 90002 90003 What is the difference between a soldering iron and a soldering station? 90006 90007 90004 On the low end, most appropriate for hobbyists, a soldering iron may plug directly into the electrical wall outlet, which provides no control over soldering iron temperature.Just on or off. With a soldering station, the soldering iron plugs into the station for greater control over temperature, and other features like set-temperature memory, lock-out, etc. 90005 90002 90003 What type of solder should I use? 90006 90007 90004 While there is a large variety of different types of solder, at the most basic, you need to choose between lead or lead-free, the diameter of the wire, flux core or solid wire, and the type of flux. 90005 90022 90023 90003 Lead or lead-free 90006 – Solder is generally a combination of metals, which are chosen for the best reliability and conductivity.Lead, often combined with tin, has been the mainstay of electronic soldering since there has been electronic soldering. Lead has a relatively low melting point and readily wets and flows, which makes the process faster, easier, and more fool-proof. Because of environmental and health concerns around lead, there has been pressure to move to lead-free solder, which is often a combination of tin and silver. Lead-free solders have a higher melting point and generally require more active or more concentrated fluxes (higher solids content) to achieve the same soldering performance as leaded solders.For typical manual soldering, if done properly, reliability should be about the same. For high-end electronics used in extreme environments (e.g. aerospace electronics), there are concerns with the tendency of bright tin to crystallize and form tin whiskers, thin wires of tin that can grow from the solder joints. 90004 If you are repairing or assembling electronics for use in the US, lead solder is the easiest to work with and provides the most reliable solder joints. The lower heat also generates less thermal stress on the rest of the PCB.If the end product is being shipped outside of the US, especially to Europe, you should consider lead-free solder. An exception might be for high-reliability electronics like used in aerospace. In that case, check with the specifications and requirements of the end-user of the electronics. Lead-free may still be required, or there may be exemptions in place that allow for the use of lead solder. 90005 90024 90023 90003 Diameter of solder wire 90006 – Make sure you do not confuse solder wire intended for plumbing with electronics solder wire.Wire for plumbing will be much thicker, 2mm diameter or higher. Electronics solder wire will be thinner, 1.5mm or smaller, down to 1 / 2mm or less. Match the diameter to the size of the connectors and contacts you are soldering. Too small and you will be going through too much solder, and too large could be hard to maneuver around a dense PCB, and could increase the chance of thermally stressing or even soldering other components that are unrelated to your repair. 90024 90023 90003 Flux core or solid wire 90006 – Most wire solder comes with a flux core, so the flux automatically activates and flows over the soldering area when the solder is melted.It is more convenient and efficient to work with. Solid wire can be used, with flux added with a brush, a bottle dispenser, or a pen dispenser. Unless a very specific flux is required that is not available as a wire solder core, flux core wire solder is generally recommended. 90024 90023 90003 Type of flux 90006 – No-clean flux is a good choice for soldering where cleaning is to be avoided. The light residue can be left on the board, or removed with a flux remover. Rosin activated flux (RA) provide excellent solderability in a wide variety of applications.It is best to remove the residue after soldering for aesthetics and avoid corrosion down-the-line. Rosin flux (R) or mildly activated rosin flux (RMA) can generally be left on the PCB after soldering unless the aesthetics are a problem. Water soluble flux (OA) is a very active flux engineered to be removed easily with DI water, like in a batch or in-line system. It can also be removed with isopropyl alcohol (IPA). It is very important to clean off water soluble flux residues because they are highly corrosive.90004 You may also see options for “halogen-free” or “zero halogen”. This is for companies that have green initiatives, or have to comply with halogen restrictions due to regulatory or customer restrictions. Halogens include chlorine, fluorine, iodine, bromine and astatine elements. These can come with trade-offs like cleanability, so if you are not required to eliminate halogens from your process, it is easier to stay with standard fluxes with halogens. 90005 90024 90029 90009 90002 90003 Should I use lead or lead-free solder? 90006 90007 90004 If you are repairing or assembling electronics for use in the US, lead solder is the easiest to work with and provides the most reliable solder joints.The lower heat also generates less thermal stress on the rest of the PCB. If the end product is being shipped outside of the US, especially to Europe, you should consider lead-free solder. An exception might be for high-reliability electronics like used in aerospace. In that case, check with the specifications and requirements of the end-user of the electronics. Lead-free may still be required, or there may be exemptions in place that allow for the use of lead solder. 90005 90002 What is flux? 90007 90004 Think of flux and a prepping agent for the soldering process.When joining two metal surfaces together with solder, there needs to be a good metallurgic bond, so the solder joint does not break loose or electrical continuity fluctuate with mechanical, temperature and other stresses. Flux removes any oxidization that may be present and slightly etches the surface to promote wetting. “Wetting” is the process of solder flowing over the surface of the contacts and soldering tip, which is very important in the soldering process. 90005 90002 90003 What type of flux should I use? 90006 90007 90004 No-clean flux is a good choice for soldering where cleaning is to be avoided.The light residue can be left on the board, or removed with a flux remover. Rosin activated flux (RA) provide excellent solderability in a wide variety of applications. It is best to remove the residue after soldering for aesthetics and avoid corrosion down-the-line. Rosin flux (R) or mildly activated rosin flux (RMA) can generally be left on the PCB after soldering unless the aesthetics are a problem. Water soluble flux (OA) is a very active flux engineered to be removed easily with DI water, like in a batch or in-line system.It can also be removed with isopropyl alcohol (IPA). It is very important to clean off water soluble flux residues because they are highly corrosive. 90005 90004 You may also see options for “halogen-free” or “zero halogens”. This is for companies that have green initiatives, or have to comply with halogen restrictions due to regulatory or customer restrictions. Halogens include chlorine, fluorine, iodine, bromine and astatine elements. These can come with trade-offs like cleanability, so if you are not required to eliminate halogens from your process, it is easier to stay with standard fluxes with halogens.90005 90002 90003 Do I need to add extra flux when soldering? 90004 90009 90005 90006 90007 90004 If soldering a simple connection, like 2 wires, or a thru-hole lead, the flux in a flux core solder should be enough. For more complex soldering techniques, like drag soldering multiple leads on a surface mount component, additional flux may need to be added. The flux is activated and consumed when it originally flows from the core. If the solder is worked further, like when you drag across multiple leads, you run the risk of cold joints or bridging without additional flux.While more seems like it should be better, take care not to over apply flux. Excess flux needs to be removed, especially if it is not fully activated by being heated to full soldering temperature. 90005 90004 Associated products: 90005 90002 90003 How do I apply extra flux? 90006 90007 90004 Flux can be painted on with an acid brush, applied with a needle bottle dispenser, or with a pen dispenser. While more seems like it should be better, take care not to over apply flux. Excess flux needs to be removed, especially if it is not fully activated by being heated to full soldering temperature.90005 90004 Associated products: 90005 90002 90003 How do I solder? 90006 90007 90119 90023 Make sure the surfaces to be soldered are clean. 90024 90023 Turn on the soldering iron and set temperature above the melting point of your solder. 600 ° -650 ° F (316 ° -343 ° C) is a good place to start for lead-based solder and 650 ° -700 ° F (343 ° -371 ° C) for lead-free solder. 90024 90023 Hold the tip against both the lead and contact point / pad for a few seconds. The idea is to bring both up to a soldering temperature at the same time.90024 90023 Touch the solder wire to the lead and contact point / pad a few times until solder flows around the lead and contact. 90024 90023 Inspect the solder joint to make sure there is full coverage over the contact area and lead. If it is a thru-hole lead, the hole should be filled and the solder joints a slight pyramid shape. 90024 90023 If necessary, trim the lead with a shear lead cutter. Do not trim into the solder joint, which can damage the connection. 90024 90023 If using rosin activated flux, aqueous flux, or if the aesthetics of the flux residue is a problem, clean the area with a flux remover.90024 90134 90004 Associated products: 90005 90002 90003 How hot do I set the solder iron? 90006 90007 90004 600 ° -650 ° F (316 ° -343 ° C) is a good place to start for lead-based solder and 650 ° -700 ° F (343 ° -371 ° C) for lead-free solder. You want the tip hot enough to melt the solder efficiency, but excess heat can damage components as the heat travels along the leads, and it will reduce the life of the soldering tip. 90005 90002 90003 How do I tell a good solder joint from a bad one? 90006 90007 90004 Inspect the solder joint to make sure there is full coverage over the contact area and lead.Some things to watch out for: 90005 90022 90023 If it is a thru-hole lead, the hole should be filled and the solder joints a slight pyramid shape. 90024 90023 If a surface mounts solder joint, the solder should fully cover the contact pad and surround the lead. 90024 90023 The lead should not be loose or wiggle once it is soldered. 90024 90023 The solder should not overflow or bridge onto other contact points / pads. 90024 90023 If using lead-based solder, the solder joint should be shiny.Unfortunately, lead-free tends to have a duller finish, so not a good indicator in that case. 90024 90029 90002 90003 How do I select the best soldering tip for my PCB repair job? 90004 90009 90005 90006 90007 90004 The goal is to match the tip shape and size to the contact pad. That allows you to maximize the contact surface area, so you heat the lead and contact area as quickly as possible. If you choose a tip that is too large, you have more tip volume to heat, which will slow down the heat recovery, the time it takes for the tip to reheat after soldering a joint.It also runs the risk of interfering with other components and contact areas. If you choose a tip that is too small, you will not have enough surface area of ​​the tip in contact with the lead and contact area to transfer heat efficiently. It will take more dwell time, which slows you down and could increase the thermal stress of the component. 90005 90004 Make sure you are using a soldering iron and tips intended for electronic PCB soldering. Tips intended for other applications, like stained glass, plumbing, or heavy electrical work, are generally much larger than what is appropriate for electronics.90005 90004 Soldering tips come in all kinds of shapes to facilitate different PCB geometries: 90005 90022 90023 90003 Pointed or conical 90006 – The end of the soldering tip comes to either a point or around the flat area. The size is specified by the diameter of the end, so can be as small as 0.1mm or larger than 1mm. These tips are generally used when pin-point accuracy is needed, like with very fine leadless surface mount components. They may be long for greater reach in dense board design, or a shorter microtip to reduce the amount of tip metal that needs to be heated.This can improve heat recovery. The ends of the tips may also be bent to avoid interfering with other components or contact areas. 90024 90023 90003 Blade or knife 90006 – A blade tip is usually used for drag soldering when the solder is drawn across multiple contact pads. This is common when soldering surface mount technology (SMT) components. The size is measured along the length of the blade and can be 6.3mm (1/4 “) or larger. 90024 90023 90003 Chisel or screwdriver 90006 – A chisel allows you to heat a larger contact area, so useful for thru-hole solder joints.Lengths may vary and can also be bent, like with a conical tip. The size is mainly specified as the length of the flat area, but the depth or thickness of the tip may also vary. These can be so small they almost look like a point, like under 1mm, and as wide as 5 or 6mm. 90024 90023 90003 Bevel 90006 – A beveled tip has a flat oval end set at an angle. Picture a metal rod that is a cross section at an angle. The size is specified by the diameter of the “rod” or shaft and sometimes the angle of the bevel.A bevel can be as small as 1mm or 4mm or larger. 90024 90023 90003 Flow tips 90006 – A flow tip looks similar in design as a beveled tip, but instead of a flat area, it is a little indention or cup. This is also called a “mini-wave tip”, and is commonly used for drag soldering, as explained above. 90024 90029 90004 Associated products: 90005 90002 Is it ok to set the heat at maximum temperature to speed up soldering? 90007 In soldering, like everything else, speed is king. Operators will turn up the soldering temperature to speed up heat throughput.This allows them to go from one solder joint to the next faster. The catch – the higher the heat, the shorter the tip life. Sure, solder stations may go up to 900 ° F, but 750 ° F is the highest you need to go for a lead-free wire. The extra heat can also unnecessarily stress components, increasing the chances of PCB failure later. 90002 90003 Why is the solder dripping off the soldering tip? 90006 90007 90004 That is an indication that the soldering tip needs to be cleaned, so it is a “cold” tip (although it is still very hot, so do not touch!).When flux and oxidation build up over time, the heat does not transfer as effectively and the solder does not wet, or flow over the tip properly. The solder will tend to melt but just drip off the tip. This makes it difficult to move to solder around contact areas the way you may need it. 90005 90002 90003 How to clean a soldering iron? 90009 90009 90006 90007 90004 Solder stations normally come with a sponge and / or brass “brillo” pad. The purpose is to remove excess flux and solder from the tip.If too much flux builds up and burns onto the soldering tip, it will eventually dewet and be unusable (but not necessarily unrecoverable). Unless the tip cleaning tools are used properly, they can do more harm than good. When choosing a sponge, make sure it is made of natural cellulose (like Plato replacement sponges). Synthetic sponges will melt onto the soldering tip and can shorten tip life. Use clean DI water. Tap water may include minerals that can build-up on the tip. When you saturate the sponge, wring it out so it is not dripping wet.Too much water can increase the thermal stress of the tip, and slow down tip recovery. 90009 90009 90005 90004 When the soldering tip has turned black from baked on fluxes and no longer wets properly, it is time for the cleaning tools of last resort. Tip tinner (Plato # TT-95) is a combination of lead-free solder and cleaner. While the soldering iron is at full temperature, roll it in the tip tinner. As you roll it, it should change from black to shiny silver as the baked flux is cleaned off.Then wipe off the excess tip tinner from the soldering tip, and retin using wire solder. Do not let the name fool you – “tip tinner” is not intended to be left on the tip. 90005 90004 Polishing bars are also available and used to scrub the tip clean of flux residues. This should only be used as a last resort because you will be removing iron along with the burnt flux. Once a tip shows pitting, actual holes in the iron, it is time to be replaced. 90005 90004 Associated products: 90005 90002 90003 Is a brass “brillo pad” or sponge better for cleaning soldering tips? 90006 90007 90004 Like everything else, there are pros and cons to each: 90005 90002 90003 Brass Tip Cleaner 90004 90005 90006 90007 90022 90023 Pro-Fast and easy to use, does not require saturating with water, and does not thermally shock the soldering tip.90024 90023 Con – It is abrasive, although brass is softer than the iron on the end of the tip. It has more of a tendency to scratch the chrome plating, which keeps the solder from wetting up the tip. That could allow corrosion to creep in under the plating, reducing the life of the tip. 90024 90029 90004 Remember to use a jabbing motion using a brass tip cleaner. Wiping across the surface increases the likelihood of flinging molten solder. 90005 90002 90003 Cellulose Sponge 90009 90009 90006 90007 90022 90023 Pro – It is an effective and fast way to clean a tip.They come with different holes or slits to make it even faster and easier, and to avoid flinging molten solder. 90024 90023 Con – Cools down the tip, so requires the tip to heat up again. It also can thermally shock the tip, especially if the sponge is overly saturated. This can shorten the tip life by creating micro-fractures in the iron plating. 90024 90029 Make sure you are using a cellulose sponge that is intended for cleaning soldering tips. Cellulose is a natural material derived from wood pulp.It will not melt and damage the soldering tip as a synthetic sponge would. The sponge should not be soaking wet, just lightly damp. Wring it out thoroughly after saturating with Deionized (DI) water. DI water is recommended to prevent mineral build-up on the soldering tip. Once your soldering tip has been cleaned, remember to retin by melting on a small amount of solder on the end of the tip. This prevents the working end of the tip, which is iron, from corroding when exposed to air over a period of time.Associated products: 90002 90003 Should I clean all the solder off the soldering tip after I’m finished soldering? 90006 90007 It is a common practice to wipe down the soldering tip before putting it back into its holder. This exposes the raw iron on the working end of the tip, which will rust in the open air. Add any residual flux to the mix, and you have a prematurely pitted soldering tip. Before taking a break or stopping for the day, wipe off residual flux and solder, and retin by applying fresh solder to the end of the tip.90002 90003 What can I do to increase soldering tip life? 90006 90007 90004 Since the move from lead to lead-free solders, a common complaint has been short tip life. The higher heat needed for lead-free solders and flux with greater activity all leads to faster tip burn-out. Often the tips turn black, and the solder beads and just drips off the end of the tip. It may also be referred to as a “cold tip”, but take care not to touch it with your bare fingers! 90005 90004 Soldering tips have a copper core that transfers heat from the heating element to the working end (tip of the tip).Because copper is very soft and easily corroded and worn away, other metals are used to plate over the copper, including an outer layer of iron. Although iron is very hard, it will still corrode eventually. In addition, it can be coated with flux and other soils, which can cause dewetting. Corrosion and dewetting will slow down soldering and eventually necessitate scrapping the tip. Although all tips will have their day in the trash bin, there are several steps an operator can take to increase tip life: 90005 90119 90023 Turn down the heat 90024 90023 Properly clean the tip 90024 90023 Tin the soldering tip 90024 90023 Use special cleaning tools 90024 90134 90004 When leaving the solder station for anything over 5 minutes, turn off it off.When you leave the station turned on, the tip remains at soldering temperature, further reducing tip life. Modern soldering equipment heats up to a soldering temperature in seconds, so the time savings is not worth the reduction in tip life. 90005 90004 Associated products: 90005 90002 When should I throw away an old soldering tip? 90007 90004 When the tip is black and dewetting (solder does not cling to it), called a “cold tip”, it can generally be cleaned and used again. Once there is pitting and visible corrosion, it is time for a new tip.The outside of a soldering tip is plated with iron over the thermally conductive copper center. This protects the soft, corrosion-prone copper from the harsh fluxes. Once flux gets through the iron plating through pits, the tip will be eaten away quickly. 90005 90002 90003 How can I avoid corrosion on the PCB after I’m finished soldering? 90006 90007 90004 Flux residues can cause dendritic growth and corrosion on PCB assemblies, so make sure you’re using best practices and clean the board.After all, the components have been replaced and excess solder removed … 90005 90022 90023 Clean the area thoroughly with a quality flux remover. 90024 90023 Angle the board to allow the cleaner and residues to run off. 90024 90023 If needed, use a horsehair brush or lint-free wipe to gently scrub the PCB, and then follow with a rinse. 90024 90023 If using a wipe, make sure it does not leave fibers / lint on your PCB, which may cause issues later. 90024 90029 90004 This is an optional step for no-clean flux, but still a good idea for densely populated or high voltage boards.It is absolutely required, regardless of the flux type, if you plan to follow your repair with conformal coating. 90005 90004 Associated products: 90005 90002 90007 90002 90003 10 tips to good soldering 90006 90007 90119 90023 Start with a clean surface. 90024 90023 Match the size of your wire solder to what you are soldering. 90024 90023 Match your soldering tip to what you are soldering. 90024 90023 Select your solder and flux carefully. 90024 90023 Keep your tip clean and tinned.90024 90023 Select a soldering temperature that is hot enough to efficiently melt the solder, but not too hot. 90024 90023 Hold the soldering tip to the lead and contact point / pad until both are brought up to temperature. 90024 90023 Apply enough solder to cover the contact pad and surround the lead. 90024 90023 If necessary, trim your leads with a sharp shear lead cutter, and do not trim into the solder joint. 90024 90023 Clean flux residues from the soldering area with a quality flux remover.90024 90134 90004 Associated products: 90005 .